17/05/2024
Η έλλειψη βαρύτητας (ή η μικροβαρύτητα) είναι γνωστό ότι έχει καταστροφικές επιπτώσεις στην υγεία των αστροναυτών. Για να λύσουν αυτό το πρόβλημα, οι επιστήμονες επιδιώκουν να δημιουργήσουν περιστρεφόμενα διαστημόπλοια που δημιουργούν τεχνητή βαρύτητα.
Οι αστροναύτες που αιωρούνται γύρω από το διαστημικό σκάφος τους βρίσκονται σε ελεύθερη πτώση, κάτι που κάνει τον μυϊκό τόνο τους να μειώνεται αργά. Ωστόσο, χάρη σε πρόσφατη έρευνα, οι επιστήμονες προτείνουν μια ασυνήθιστη λύση - περιστρεφόμενους διαστημικούς σταθμούς που μπορούν να δημιουργήσουν τεχνητή βαρύτητα και να βελτιώσουν την υγεία του πληρώματος.
Σύμφωνα με μια εργασία που δημοσιεύτηκε στο Science Direct από τον κύριο συγγραφέα Jack J.W.A. Το van Loon, ένα διαστημόπλοιο που περιστρέφεται συνεχώς δημιουργεί τεχνητή βαρύτητα στην εσωτερική επιφάνεια του εξωτερικού κελύφους. Αυτή η προσέγγιση μπορεί να βελτιώσει την υγεία του πληρώματος, να βελτιώσει την ασφάλεια, να μειώσει το κόστος και να απλοποιήσει πολλές πτητικές λειτουργίες.
Οι αστροναύτες χρησιμοποιούν ήδη διάφορες μεθόδους για να εξουδετερώσουν τις επιπτώσεις της μικροβαρύτητας στην υγεία, όπως οι διάδρομοι με ζώνη. Ωστόσο, μελέτες δείχνουν ότι για κάθε μήνα που περνούν στο διάστημα, τα οστά των αστροναυτών γίνονται 1% λιγότερο πυκνά από ελαφρά φορτία και οι μύες τους εξασθενούν.
Η ομάδα συνεχίζει να διερευνά διάφορες επιλογές, όπως η χρήση φυγόκεντρου με κοντές βραχίονες. Ωστόσο, μια πιο αποτελεσματική λύση είναι η κατασκευή ενός μεγάλου περιστρεφόμενου διαστημικού σκάφους. Ένα τέτοιο όχημα θα ωφελούσε μακροπρόθεσμες αποστολές, όπως ταξίδια στον Άρη, αλλά θα ωφελούσε και εκείνες που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από τη Γη για μήνες κάθε φορά.
Η ομάδα συζητά τι θα χρειαζόταν για την προσομοίωση ενός γήινου περιβάλλοντος 1 g σε ένα διαστημόπλοιο. Ένα διαστημόπλοιο σε σχήμα ντόνατ με ακτίνα 25 m θα πρέπει να περιστρέφεται 6 φορές το λεπτό για να δημιουργηθεί ένα περιβάλλον 1g. Τα μεγαλύτερα διαστημόπλοια θα μπορούσαν να περιστρέφονται με μικρότερη ταχύτητα.
---------------------
σχετικό δημοσίευμα
Πώς να δημιουργήσετε τεχνητή βαρύτητα σε ένα διαστημόπλοιο;
10 Ιουνίου 2020
Απαντάμε σε μια άλλη ερώτηση που έστειλε αναγνώστης:
Σε μια ταινία επιστημονικής φαντασίας, οι χαρακτήρες ζουν σε διαστημικούς σταθμούς όπου δημιουργείται τεχνητά η βαρύτητα, έχουν την ευκαιρία να κολυμπήσουν σε μια πισίνα κ.λπ. Είναι δυνατόν να δημιουργηθούν τέτοιες συνθήκες στην πραγματικότητα;
Προς το παρόν, υπάρχουν πολλές έννοιες για τη δημιουργία τεχνητής βαρύτητας στα διαστημόπλοια, μόνο μερικές από αυτές μπορούν να εξασφαλίσουν τη λειτουργία της πισίνας.
Καμπυλότητα χωροχρόνου
Ας ξεκινήσουμε με την πιο ουτοπική έννοια. Στη γενική σχετικότητα, η βαρύτητα είναι μια εκδήλωση της καμπυλότητας του χωροχρόνου. Τυπικά στο διάστημα, ο χωροχρόνος καμπυλώνεται από ογκώδη σώματα όπως αστέρια και πλανήτες.
Η ιδέα της μεθόδου είναι να δημιουργηθεί τεχνητά μια τοπική περιοχή καμπυλωμένου χωροχρόνου μέσα στο πλοίο, η οποία θα δημιουργήσει βαρύτητα τη στιγμή που αυτό είναι αδύνατο. Η φυσική δεν έχει καν μια ολοκληρωμένη θεωρία της βαρύτητας: στην πρώτη προσέγγιση, η βαρύτητα περιγράφεται καλά από τη θεωρία της βαρύτητας του Νεύτωνα, στη δεύτερη από τη γενική θεωρία της σχετικότητας, αλλά και οι δύο αυτές θεωρίες είναι ανεφάρμοστες σε κβαντικό επίπεδο και χρειάζεται μια νέα κβαντική θεωρία της βαρύτητας, πάνω στην οποία εργάζονται επί του παρόντος πολλοί επιστήμονες, αλλά η εργασία απέχει ακόμη πολύ από την ολοκλήρωση.
Η δημιουργία τεχνολογίας ελέγχου βαρύτητας αποκλείεται στο άμεσο μέλλον, επιπλέον, μια τέτοια προσέγγιση θα μπορούσε ενδεχομένως να προκαλέσει πολλές δυσκολίες στη λειτουργία του πλοίου.
Αντικατάσταση της βαρύτητας με την επιτάχυνση
Μια άλλη επιλογή είναι η δημιουργία τεχνητής βαρύτητας λόγω της λειτουργίας των μηχανών του πλοίου, εφαρμόζεται πολύ απλά, αλλά είναι κατάλληλη μόνο για μεγάλες πτήσεις, όταν οι κινητήρες θα επιταχύνουν το πλοίο στη μέση και θα επιβραδύνουν το άλλο μισό, λόγω αυτού , η αδράνεια στο πλοίο θα πιέσει τα πάντα στο πάτωμα και μπορεί να παρασχεθεί η απαραίτητη βαρύτητα.
Ακόμα από την τηλεοπτική σειρά "The Expanse"
Η έλλειψη βαρύτητας θα γίνει αισθητή μόνο για σύντομο χρονικό διάστημα, κατά την αλλαγή της κατεύθυνσης του κινητήρα, είναι πολύ πιθανό ότι σε λίγους αιώνες, κατά την εξερεύνηση του Ηλιακού Συστήματος από την ανθρωπότητα, αυτή η προσέγγιση θα χρησιμοποιηθεί ενεργά. Στην επιστημονική φαντασία, αυτή η προσέγγιση εμφανίζεται, για παράδειγμα, στην τηλεοπτική σειρά "The Expanse".
Αντικατάσταση της βαρύτητας με φυγόκεντρο δύναμη
Η τρίτη ιδέα είναι να δημιουργηθούν τεράστιοι περιστρεφόμενοι δακτύλιοι, όπου η βαρύτητα θα δημιουργείται με φυγόκεντρο δύναμη, ενώ η έλλειψη βαρύτητας θα διατηρείται στο κεντρικό τμήμα του πλοίου. Αυτή η προσέγγιση επίσης δεν δημιουργεί θεμελιώδη προβλήματα στην εφαρμογή, αν και απαιτεί σημαντική περιπλοκή του σχεδιασμού του πλοίου.
Ακόμα από την ταινία "2001: A Space Odyssey"
Το κύριο πρόβλημα είναι ότι με αυτήν την επιλογή, το διαστημόπλοιο ή ο σταθμός θα έπρεπε να έχει μια αρκετά μεγάλη ακτίνα για να δημιουργήσει μια άνετη αίσθηση βαρύτητας. Η φυγόκεντρος δύναμη εξαρτάται από την ακτίνα, επομένως όσο πιο κοντά στο κέντρο περιστροφής, τόσο λιγότερη βαρύτητα θα γίνει αισθητή.
Εάν υπάρχει σημαντική διαφορά στη δύναμη της βαρύτητας που γίνεται αισθητή από διαφορετικά μέρη του σώματος, ο αστροναύτης μπορεί να παρουσιάσει διάφορες δυσάρεστες επιπτώσεις, όπως ναυτία, απώλεια προσανατολισμού στο διάστημα κ.λπ. Η μακροχρόνια έκθεση σε τέτοιες καταστάσεις είναι πιθανό να έχει κακές συνέπειες για την υγεία. Επομένως, για να δημιουργηθεί μια άνετη βαρύτητα, το διαστημόπλοιο πρέπει να έχει ακτίνα τουλάχιστον δέκα μέτρων.
Το διαστημόπλοιο στο The Martian περιέχει ένα περιστρεφόμενο τμήμα με τεχνητή βαρύτητα
Τέτοια σχέδια στο τρέχον επίπεδο ανάπτυξης τεχνολογίας είναι πολύ ακριβά και δεν έχουν πολύ νόημα, αλλά είναι πολύ πιθανό στο μέλλον να χρησιμοποιούνται περιστρεφόμενα διαστημόπλοια κατά τη διάρκεια μεγάλων διαπλανητικών πτήσεων.
Αυτή η μέθοδος δημιουργίας τεχνητής βαρύτητας εμφανίζεται στις ταινίες: "2001: A Space Odyssey", "The Martian" και πολλές άλλες.
Συγγραφείς: αστροφυσικός Karasenko F.V., Ph.D. Petrov A.V.
Πώς να δημιουργήσετε τεχνητή βαρύτητα σε ένα διαστημόπλοιο;
10 Ιουνίου 2020
Απαντάμε σε μια άλλη ερώτηση που έστειλε αναγνώστης:
Σε μια ταινία επιστημονικής φαντασίας, οι χαρακτήρες ζουν σε διαστημικούς σταθμούς όπου δημιουργείται τεχνητά η βαρύτητα, έχουν την ευκαιρία να κολυμπήσουν σε μια πισίνα κ.λπ. Είναι δυνατόν να δημιουργηθούν τέτοιες συνθήκες στην πραγματικότητα;
Προς το παρόν, υπάρχουν πολλές έννοιες για τη δημιουργία τεχνητής βαρύτητας στα διαστημόπλοια, μόνο μερικές από αυτές μπορούν να εξασφαλίσουν τη λειτουργία της πισίνας.
Καμπυλότητα χωροχρόνου
Ας ξεκινήσουμε με την πιο ουτοπική έννοια. Στη γενική σχετικότητα, η βαρύτητα είναι μια εκδήλωση της καμπυλότητας του χωροχρόνου. Τυπικά στο διάστημα, ο χωροχρόνος καμπυλώνεται από ογκώδη σώματα όπως αστέρια και πλανήτες.
Η ιδέα της μεθόδου είναι να δημιουργηθεί τεχνητά μια τοπική περιοχή καμπυλωμένου χωροχρόνου μέσα στο πλοίο, η οποία θα δημιουργήσει βαρύτητα τη στιγμή που αυτό είναι αδύνατο. Η φυσική δεν έχει καν μια ολοκληρωμένη θεωρία της βαρύτητας: στην πρώτη προσέγγιση, η βαρύτητα περιγράφεται καλά από τη θεωρία της βαρύτητας του Νεύτωνα, στη δεύτερη από τη γενική θεωρία της σχετικότητας, αλλά και οι δύο αυτές θεωρίες είναι ανεφάρμοστες σε κβαντικό επίπεδο και χρειάζεται μια νέα κβαντική θεωρία της βαρύτητας, πάνω στην οποία εργάζονται επί του παρόντος πολλοί επιστήμονες, αλλά η εργασία απέχει ακόμη πολύ από την ολοκλήρωση.
Η δημιουργία τεχνολογίας ελέγχου βαρύτητας αποκλείεται στο άμεσο μέλλον, επιπλέον, μια τέτοια προσέγγιση θα μπορούσε ενδεχομένως να προκαλέσει πολλές δυσκολίες στη λειτουργία του πλοίου.
Αντικατάσταση της βαρύτητας με την επιτάχυνση
Μια άλλη επιλογή είναι η δημιουργία τεχνητής βαρύτητας λόγω της λειτουργίας των μηχανών του πλοίου, εφαρμόζεται πολύ απλά, αλλά είναι κατάλληλη μόνο για μεγάλες πτήσεις, όταν οι κινητήρες θα επιταχύνουν το πλοίο στη μέση και θα επιβραδύνουν το άλλο μισό, λόγω αυτού , η αδράνεια στο πλοίο θα πιέσει τα πάντα στο πάτωμα και μπορεί να παρασχεθεί η απαραίτητη βαρύτητα.
Ακόμα από την τηλεοπτική σειρά "The Expanse"
Η έλλειψη βαρύτητας θα γίνει αισθητή μόνο για σύντομο χρονικό διάστημα, κατά την αλλαγή της κατεύθυνσης του κινητήρα, είναι πολύ πιθανό ότι σε λίγους αιώνες, κατά την εξερεύνηση του Ηλιακού Συστήματος από την ανθρωπότητα, αυτή η προσέγγιση θα χρησιμοποιηθεί ενεργά. Στην επιστημονική φαντασία, αυτή η προσέγγιση εμφανίζεται, για παράδειγμα, στην τηλεοπτική σειρά "The Expanse".
Αντικατάσταση της βαρύτητας με φυγόκεντρο δύναμη
Η τρίτη ιδέα είναι να δημιουργηθούν τεράστιοι περιστρεφόμενοι δακτύλιοι, όπου η βαρύτητα θα δημιουργείται με φυγόκεντρο δύναμη, ενώ η έλλειψη βαρύτητας θα διατηρείται στο κεντρικό τμήμα του πλοίου. Αυτή η προσέγγιση επίσης δεν δημιουργεί θεμελιώδη προβλήματα στην εφαρμογή, αν και απαιτεί σημαντική περιπλοκή του σχεδιασμού του πλοίου.
Ακόμα από την ταινία "2001: A Space Odyssey"
Το κύριο πρόβλημα είναι ότι με αυτήν την επιλογή, το διαστημόπλοιο ή ο σταθμός θα έπρεπε να έχει μια αρκετά μεγάλη ακτίνα για να δημιουργήσει μια άνετη αίσθηση βαρύτητας. Η φυγόκεντρος δύναμη εξαρτάται από την ακτίνα, επομένως όσο πιο κοντά στο κέντρο περιστροφής, τόσο λιγότερη βαρύτητα θα γίνει αισθητή.
Εάν υπάρχει σημαντική διαφορά στη δύναμη της βαρύτητας που γίνεται αισθητή από διαφορετικά μέρη του σώματος, ο αστροναύτης μπορεί να παρουσιάσει διάφορες δυσάρεστες επιπτώσεις, όπως ναυτία, απώλεια προσανατολισμού στο διάστημα κ.λπ. Η μακροχρόνια έκθεση σε τέτοιες καταστάσεις είναι πιθανό να έχει κακές συνέπειες για την υγεία. Επομένως, για να δημιουργηθεί μια άνετη βαρύτητα, το διαστημόπλοιο πρέπει να έχει ακτίνα τουλάχιστον δέκα μέτρων.
Το διαστημόπλοιο στο The Martian περιέχει ένα περιστρεφόμενο τμήμα με τεχνητή βαρύτητα
Τέτοια σχέδια στο τρέχον επίπεδο ανάπτυξης τεχνολογίας είναι πολύ ακριβά και δεν έχουν πολύ νόημα, αλλά είναι πολύ πιθανό στο μέλλον να χρησιμοποιούνται περιστρεφόμενα διαστημόπλοια κατά τη διάρκεια μεγάλων διαπλανητικών πτήσεων.
Αυτή η μέθοδος δημιουργίας τεχνητής βαρύτητας εμφανίζεται στις ταινίες: "2001: A Space Odyssey", "The Martian" και πολλές άλλες.
Συγγραφείς: αστροφυσικός Karasenko F.V., Ph.D. Petrov A.V.
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου